Atmosphere dependence of oxidation kinetics of unstabilized and Nb-stabilized AISI 430 ferritic stainless steels in the temperature range 850–950°C

Abstract

The effect of oxygen partial pressure and temperature on the oxidation behaviour of unstabilized and Nb-stabilized AISI 430 ferritic stainless steels were investigated over the temperature range 850 -950 C in air, Ar þ 1 vpm O 2 or Ar -H 2 -H 2 O atmospheres. Isothermal thermogravimetric analyses were performed for 50 h. The microstructure of the oxide films grown on the steels were characterized by SEM and chemical analyses were performed by EDS, grazing X-ray diffraction and secondary ion mass spectrometry (SIMS). Nb-stabilized AISI 430 steel is more resistant to oxidation than unstabilized AISI 430 under all tested conditions, except above 900 C in Ar-H 2 -H 2 O. While the oxidation behaviour of unstabilized AISI 430 is strongly affected by the atmosphere composition, Nbstabilized AISI 430 oxidation rates do not depend strongly on the atmosphere. For both steels, the chemical analyses show Cr 2 O 3 as the main phase in the oxide scales, but solid solutions such as FeFe 2Àx Cr x O 4 and MnCr 2 O 4 formed in almost all scales for atmospheres of Ar þ 1 vpm O 2 or in Ar -H 2 -H 2 O, and Fe 2 O 3 and Mn 1.5 Cr 1.5 O 4 , are also observed for oxidation in air.

Oxidação Do Aço Inoxidável Abnt 5601 - Grau 409 Em Altas Temperaturas Em Atmosfera De Argônio

“…As amostras do aço inoxidável ferrítico ABNT 5601 -grau 409, usados nesta pesquisa foram cortadas nas dimensões (5 × 5 × 0,6) mm 3 , lixadas nas duas superfície com lixas de carbeto de silício de granas 1000, 1200 e 2400 e polidas com pastas de diamante de granulometrias de 3 e 1 µm. A composição química de norma do mesmo está descrita na Tabela 1.…”

“…Nos ensaios em que ocorreu ganho de massa por unidade de área, a cinética de crescimento do filme foi controlada por meio da difusão de cátions/anions através do óxido [3,4,7]. A equação matemática que gera a curva da cinética de oxidação é descrita pela equação 1, em que (∆m/s) 2 é o ganho de massa por unidade de área em função do tempo, e k p é chamada de constante parabólica de oxidação e K 0 é uma constante a se definir [7,8,11].…”

“…Nas condições de temperatura e pressão em que foram realizados os ensaios, o óxido de cromo é termodinamicamente estável, enquanto o óxido de ferro é instável, de modo que o óxido de cromo deve ser o principal filme de óxido formado sobre o aço ABNT 5601 -grau 409, com função protetora [3]. A análise de EDS permite visualizar esses resultados.…”

“…Os aços inoxidáveis sob pressão e temperatura normais levam muito tempo para sofrer corrosão, mas quando submetidos a altas temperaturas mesmo sob baixa pressão o processo de oxidação é acelerado [3]. Isso pode acontecer ao se utilizar esses aços em aplicações industriais como em sistemas de exaustores de veículos automotores, células de interconectores, trocadores de calor, refino de petróleo, caldeiras, gaseificação, usinas termelétricas, processos carboquímicos, tubos que operam a temperaturas e pressões elevadas por períodos longos [4].…”

High Temperature Oxidation of Aisi 439 Ferritic Stainless Steel in Synthetic Air Atmosphere

“…The effect of oxygen partial pressure and temperature on the oxidation behavior of unstabilized and Nb-stabilized AISI 430 ferritic stainless steel was investigated [7] over the temperature range of 850 ºC -950 ºC in air, Ar +1 ppm O2 or Ar-H2-H2O atmospheres. Nb-stabilized AISI 430 steel is more resistant to oxidation than unstabilized AISI 430 under all tested conditions, except above 900 ºC in Ar-H2 -H2O.…”